Изобретение сверхпрочного серебра открывает путь к внушительной экономии металлов

Чистое серебро обладает самой большой электропроводностью среди всех известных металлов и сплавов, что и определяет его использование в электротехнике. Однако прочность этого металла оставляет желать лучшего. Попытки упрочить серебро добавками приводит к ухудшению проводимости, что, впрочем, характерно и для других металлов.

Недавно, как сообщает портал Вести.Наука, группа учёных из Университета Вермонта смогли найти способ легирования серебра медью, который не только делает серебро прочнее теоретического предела, но и не ухудшает электротехнические характеристики.

Проблема прочности металлов заключается в том, что металлы — это не сплошной материал, а поликристаллы. Если посмотреть на поверхность металла через микроскоп, то можно увидеть, что она представляет собой подобие мозаики, состоящей из кусочков разной формы и размеров. Каждый кусочек этой мозаики состоит из атомов, которые связаны друг с другом сильнее, чем кусочки друг с другом. Чем меньше становятся фрагменты мозаики, тем прочнее металл.

Учёные долгое время добивались уменьшения зернистости металлов, достигая всё большей и большей прочности, пока размер фрагментов не уменьшился до нескольких десятков нанометров и потеряли прежнюю твёрдость. Попытки решить эту проблему путём буквального сшивания зёрен друг с другом помогли, но довольно быстро материаловеды уткнулись в предел прочности, называемый пределом Холла-Петча.

Источник фото: pixabay.com 

Учёные из Вермонта провели серьёзную работу по изучению движений атомов металлов с помощью компьютерного моделирования, после чего приступили к экспериментам, увенчавшихся успехом. Они добавили к серебру меньше 1% по массе меди, получив увеличение прочности металла на 42%.

Дело в том, что атомы меди по размеру чуть меньше атомов серебра. Оказавшись между зёрнами серебра, атомы меди становятся своего рода «клеем», прочно удерживающим частички серебра между собой. При этом, поскольку добавка меди была незначительна, она не ухудшила электротехнические характеристики серебра.

Очевидно, что такой способ упрочнения пригоден не только для серебра, а для любых металлов, зёрна которых можно будет сначала уменьшить до предельного значения. Увеличение прочности означает уменьшение материалозатрат при производстве не только электротехнических изделий.

Глава научной группы Фредерик Сансоз считает, что широкое применение этого метода позволит создавать более эффективные солнечные батареи, более лёгкие самолёты и автомобили. Даже увеличить безопасность АЭС, по мнению учёного, можно будет с помощью материалов, упрочнённых по изобретённой технологии. Фредерик Сансоз предположил, что на этом пути возможны новые сюрпризы, поскольку он с коллегами открыл новый класс материалов, изучение которых только началось.